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2020-2021学年高中生物 第2章 细胞工程 阶段复习课学案 新人教版选择性必修3

2020-2021学年高中生物 第2章 细胞工程 阶段复习课学案 新人教版选择性必修3

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- 10 -

第2章 细胞工程

知识整合·思维脉图

主题归纳·能力培优
主题一　植物细胞工程技术的应用
　典题示范
　甲、乙两名同学分别以A植物的绿色叶片和B植物的白色花瓣为材料,利用植物组织培养技术繁殖这两种植物。回答下列问题:
(1)分别以植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是 __________________________________________
______________________________________________________________。 
(2)若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是____________(填“具有完整的细胞核”或“具有叶绿体”)。 
(3)图中A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是__________________。A中的愈伤组织是叶肉细胞经__________形成的。 

(4)若A植物是一种杂合子的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时,____________(填“能”或“不能”)采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体,原因是________________
_______________________________________________________________。 
(5)若想获得一个全新的植物C,既有A植物叶片的叶形,又有B植物的花瓣,请你帮助设计一个方案。
【解析】(1)以该植物的绿色叶片和白色花瓣作为外植体,在一定条件下进行组织培养,均能获得试管苗,其原理是绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株。
(2)若要用细胞作为材料进行培养获得幼苗,该细胞应具备的条件是具有完整的细胞核,因为细胞核是遗传信息库,是细胞代谢和遗传的控制中心,含有全套的遗传信息。
(3)A、B、C所示的是不同的培养结果,该不同结果的出现主要是由培养基中两种激素用量的不同造成的,这两种激素是细胞分裂素和生长素,二者对于根和芽的形成具有重要调节作用,二者的用量比例影响根和芽的发育顺序。A中的愈伤组织是叶肉细胞经脱分化形成的。
(4)若A植物是一种杂合子的名贵花卉,要快速获得与原植株基因型和表型都相同的该种花卉,可用组织培养方法繁殖,在培养时,由于对杂合子植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,用花粉粒进行组织培养得到的花卉的基因型不同于原植株,因此不能采用经减数分裂得到的花粉粒作为外植体。
(5)A、B是两种不同的植物,因此不能使用杂交育种,只能采用植物体细胞杂交技术。取A、B植物的细胞先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得原生质体,然后利用物理或化学的方法诱导原生质体融合形成杂种细胞,最后利用组织培养技术获得杂种植物,这样杂种植株含有两个亲本的遗传物质,可以表现出两个亲本的性状。
答案:(1)绿色叶片和白色花瓣的细胞具有全能性,在一定条件下能发育成完整的植株　(2)具有完整的细胞核　(3)细胞分裂素、生长素　脱分化　(4)不能　对杂合子植株来说,其体细胞的基因型相同,而花粉粒的基因型与体细胞的基因型不同,用花粉粒进行组织培养得到的花卉的基因型不同于原植株
(5)取A、B植物的细胞先利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获得原生质体,然后利用物理或化学的方法诱导原生质体融合形成杂种细胞,最后利用组织培养技术获得杂种植物。
【答题关键】解答植物细胞工程必备的四个关键
(1)植物组织培养的原理:植物细胞的全能性。
(2)植物组织培养的过程:脱分化形成愈伤组织,再分化形成根芽,进一步发育成一个完整的个体。
(3)植物组织培养的激素:细胞分裂素和生长素的比例不同其作用效果不同。
激素使用情况
结果
同时使用,且比例适中
促进愈伤组织的形成
同时使用,且生长素用量较高
有利于根的分化,抑制芽的形成
同时使用,且细胞分裂素用量较高
有利于芽的分化,抑制根的形成
(4)植物体细胞杂交的过程:
①去细胞壁:酶解法(纤维素酶和果胶酶)。
②诱导原生质体融合:电融合法、离心法;PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法。
③形成杂种细胞的标志:再生出新的细胞壁。
④产生杂种植株:利用植物组织培养技术。
　类题精练
1.为了探究矮牵牛原生质体的培养条件和植株再生能力,某研究小组的实验过程如图。下列叙述正确的是 (　　)

A.过程①获得的原生质体需悬浮在质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液中
B.过程②需提高生长素的比例以促进芽的分化
C.过程③需要用秋水仙素处理诱导细胞壁再生
D.原生质体虽无细胞壁但仍然保持细胞的全能性
【解析】选D。过程①获得的原生质体需悬浮在等渗溶液中,若将得到的原生质体置于0.3 g/mL的蔗糖溶液中,原生质体失水,则会发生皱缩,A错误;过程②需提高细胞分裂素的比例以促进芽的分化,B错误;过程③中细胞壁的再生,不需要用秋水仙素诱导,C错误;原生质体虽无细胞壁,但细胞内的遗传物质未改变,仍保持细胞的全能性,D正确。
2.如图是植物体细胞杂交过程示意图,下列叙述正确的是(　　)

A.过程①需用纤维素酶和果胶酶溶液处理,且溶液的渗透压略大于细胞液渗透压
B.过程②可用聚乙二醇诱导原生质体融合,主要依据细胞膜具有选择透过性原理
C.过程③表示细胞壁的再生,④⑤需要根据生长发育进程更换不同的液体培养基
D.最终得到的植株相对于甲、乙,发生了染色体数目变异,因此不具有可育性
【解析】选A。图中①为去除细胞壁的过程,需要将植物组织置于含纤维素酶和果胶酶的等渗溶液中,或略大于细胞液渗透压,A正确;过程②要用聚乙二醇等方法诱导原生质体融合,主要依据细胞膜具有一定的流动性,B错误;④为脱分化过程、⑤为再分化过程、⑥为个体发育过程,这三个过程需要根据生长发育进程更换不同的固体培养基,C错误;最终得到的植株相对于甲、乙而言发生了染色体数目变异,属于异源多倍体,一般是可育的,D错误。
主题二　单克隆抗体的制备
　典题示范
　下列有关制备单克隆抗体的叙述,错误的是 (　　)
A.采用的细胞工程技术包括动物细胞培养和细胞融合
B.两次筛选的目的分别是筛选出杂交瘤细胞和筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞
C.要先用胃蛋白酶处理得到单个细胞,然后用诱导剂处理得到杂交瘤细胞
D.运用的生物学原理包括细胞分裂和细胞膜具有一定的流动性
【解析】选C。制备单克隆抗体采用的细胞工程技术包括动物细胞培养和细胞融合技术,A正确;单克隆抗体的制备过程需要两次筛选,第一次是用选择培养基筛选获得杂交瘤细胞,去除未融合的细胞和自身融合细胞;第二次筛选是从杂交瘤细胞中筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞,B正确;分散细胞获得单个细胞,需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理,C错误;运用的生物学原理包括细胞分裂和细胞膜具有一定的流动性,D正确。
【答题关键】解答单克隆抗体的两个关键
(1)选材及依据:
①克隆单一的B淋巴细胞,形成细胞群。每一个B淋巴细胞只能分泌一种特异性抗体,不同种类的B淋巴细胞分泌的抗体不同。
②将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,获得杂交瘤细胞。B淋巴细胞在体外培养时不能无限增殖,骨髓瘤细胞能够无限增殖。
(2)两次筛选:
①第一次筛选是在B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合之后,因为有三种融合情况(只考虑细胞两两融合):B淋巴细胞与B淋巴细胞融合、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合,而只有B淋巴细胞与骨髓瘤细胞的融合细胞才是需要的杂种细胞。
②第二次筛选需先在多孔培养皿上培养,在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始培养,然后再筛选出能产生特异性抗体的细胞群。由于该细胞群是由单个杂交瘤细胞克隆来的,所以产生的抗体一定是化学性质单一、特异性强的单克隆抗体。
　类题精练
1.某小鼠生活过程中被多种病原体感染过,科学家以该小鼠为实验材料,利用单克隆抗体技术,获得了抗某种病原体的髙纯度单克隆抗体。下列有关叙述错误的是 (　　)
A.被多种病原体感染过的小鼠体内会产生多种浆细胞
B.经细胞融合后形成的单个杂交瘤细胞可分泌多种特异性抗体
C.使用人鼠嵌合单克隆抗体进行疾病治疗可减少副作用的发生
D.单克隆抗体的制备过程中应用了动物细胞培养和细胞融合技术
【解析】选B。被多种病原体感染过的小鼠体内,产生多种B淋巴细胞,进而产生多种抗体,A正确;经细胞融合后形成的单个杂交瘤细胞,只能产生一种抗体,B错误;使用人鼠嵌合单克隆抗体进行疾病治疗可减少副作用的发生,C正确;单克隆抗体的制备过程中应用了细胞融合技术和动物细胞培养技术,D正确。
2.将人细胞与小鼠细胞融合,培养出的杂种细胞可能会随机丢失来自人细胞的染色体。在丢失人的1号染色体的融合细胞中,不能合成人的尿苷单磷酸激酶。下列有关叙述中不合理的是 (　　)
A.与人和小鼠细胞相比,融合细胞发生了遗传物质的改变
B.研究方法中需要选择适当的培养基和细胞融合诱导技术
C.细胞融合所依据的原理是细胞的全能性
D.尿苷单磷酸激酶的基因很可能在1号染色体上
【解析】选C。融合细胞会随机丢失来自人细胞的染色体,即发生了遗传物质的改变,A正确;适当的培养基用来选择融合细胞,动物细胞融合时常用PEG融合法、灭活病毒诱导法和电融合法,B正确;细胞融合所依据的原理是细胞膜的流动性,而不是细胞的全能性,C错误;在丢失人的1号染色体的融合细胞中,不能合成人的尿苷单磷酸激酶,说明尿苷单磷酸激酶的基因很可能在1号染色体上,D正确。
主题三　胚胎工程
　典题示范
　长期以来,优良种畜的繁殖速度始终是限制畜牧养殖业发展的瓶颈,近年来发展起来的细胞工程和胚胎工程技术为优良种畜的快速繁殖带来了无限生机。图1、2、3分别是牛胚胎移植、早期胚胎培养及克隆羊培育图,请据图完成下列问题:

(1)在试管牛和克隆羊的培育过程中都必须用到的生物技术有__________、__________(至少写出两项)。 
(2)与受精有关的过程有:
①第一次卵裂开始;②核膜消失,雌、雄原核融合,形成合子;③精子释放多种酶;④精子入卵,卵细胞膜发生生理反应,拒绝其他精子进入卵内;⑤雌、雄原核形成。正确的顺序为__________(填序号)。 
(3)超数排卵技术的处理措施是对供体母牛注射__________。 
(4)图2从A到E中,适宜于牛的胚胎移植时期有______________;图2中标号3为__________,它将来可发育为胎膜和胎盘。 
(5)动物的早期胚胎移植到同种且__________与供体相同的动物体内,使之继续发育为新个体的技术叫胚胎移植。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时,发现活胚胎细胞不能被染色,其原因是活细胞膜__。 
【答题关键】解答胚胎工程题目的两个关键:
(1)胚胎移植的生理学基础与应用:

(2)克隆羊(核移植技术)和试管羊(体外受精)的过程:
①克隆羊(核移植技术):

②试管羊(体外受精):

【解析】(1)试管牛和克隆羊的培育过程中都用到了动物细胞培养、胚胎移植技术、卵母细胞的采集技术等。
(2)受精过程为:③精子释放多种酶→④精子入卵、卵细胞膜发生生理反应,拒绝其他精子进入卵内→⑤雌、雄原核形成→②核膜消失,雌、雄原核融合,形成合子→①第一次卵裂开始,因此,正确的顺序为③④⑤②①。
(3)对母牛注射促性腺激素能促使其超数排卵。
(4)胚胎移植的适宜时期为桑葚胚或囊胚期,即图2中D、E时期。图2中标号3为滋养层细胞,它将来可发育为胎膜和胎盘。
(5)动物的早期胚胎移植到同种且生理状态与供体相同的动物体内,使之继续发育为新个体的技术叫胚胎移植。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时,发现活胚胎细胞不能被染色,其原因是活细胞膜对物质的吸收具有选择透过性。
答案:(1)动物细胞培养　胚胎移植　卵母细胞的采集等(任选两项)　(2)③④⑤②①　(3)促性腺激素　(4)D、E　滋养层细胞　(5)生理状态　对物质的吸收具有选择透过性
　类题精练
　胚胎移植技术的应用为大量繁殖良种奶牛带来了光明的前景。这项技术的操作过程大致如图所示。请回答:

(1)为了促进良种奶牛排卵,应给母牛注射__________激素。 
(2)选择良种公牛的精子时,应选择含__________的精子才可繁殖出良种奶牛。 
(3)把受精卵培养成早期胚胎过程中,应使用的培养基是________。 
(4)胚胎移植技术除了快速繁育良种家畜外,还可用于____________________(至少答出两个方面)。 
【解析】(1)给良种雌性奶牛注射促性腺激素可促使其超数排卵。
(2)只有雌性奶牛才能产奶,因此选择良种公牛的精子时,应选择含X染色体的精子才可繁殖出良种奶牛。
(3)把受精卵培养成早期胚胎过程中,应使用液体培养基。
(4)胚胎移植技术除了快速繁育良种家畜外,还可用于克隆哺乳动物,培育转基因动物;保存珍稀哺乳动物,保护生物多样性,克服人类不孕等。
答案:(1)促性腺　(2)X染色体　(3)液体培养基
(4)克隆哺乳动物、培育转基因动物、保存珍稀哺乳动物、保护生物多样性、克服人类不孕等